DE2210468A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF STEEL FROM ORE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF STEEL FROM OREInfo
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Description
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KLÖCK N ER- W ER K E, AKTIENGESELLSCHAFT, DuisburgKLÖCK N ER W ER K E, AKTIENGESELLSCHAFT, Duisburg
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Stahl aus Erz.Method and device for the continuous production of Steel made from ore.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Stahl aus Erz, Pellets, Sinter oder dgl. unter Verwendung von Reduktionsgasen in einem Schachtofen mit weitgehend gleichbleibendem Querschnitt.The invention relates to a method for continuous Production of steel from ore, pellets, sinter or the like. Using reducing gases in a shaft furnace with largely constant cross-section.
Mit den unter dem Sammelbegriff "Direktreduktionsverfahren1' bekannten Reduktionsverfahren ist es möglich, Erz oder Pellets zu tilgen bzw. Eisenschwamm umzuwandeln. Diese Verfahren werden in den verschieaensten Aggregaten durchgeführt. Am bekanntesten sind die Direktreduktionsverfahren mit Stückerz bzv;. Pellets iiu Schachtofen oder Feinerz und Kohle im Drehrohrofen. Das Endprodukt ist Eisenschwamm, der in der Regel noch einen geringen Restgehalt an unreduziertem Sauerstoff aufweist, außerdem als Verunreinigungen noch Gangartbestandteile des Erzes enthält, die nicht reduziert werden können. Dieses Zwischenprodukt wird daher meistens in einem zweiten unabhängigen Verfahrensschritt gleichsam als Ausgangsstoff für Schrott in den herkömmlichen Stahlerzeugungsaggregaten eingesetzt. Ungünstig ist dabei die durch die hohe Porosität (große Oberfläche) bedingte Neigung zur Reoxydation. Aus diesem Grunde wirken sich längere ungeschützte Lagerzeiten und Einschmelzmethoden unter oxydierenden ßedingungen ungünstig aus. Aus den letztgenannten •Trund wird nach den DireKtreüuktionsverfahren hergestellter ;-:ioenscIr-/-iiiLn vornehmlich in Elekroöfen eingeschmolzen. iii'-M'' hauen :.;i.ch Tür den Einsatz von Eisenschlamm kontinuier-"Jl ου'..· I)OoCi) iciuri. ^methoden gegenüber der sonst üblichen uis-.-. ii,i inuierlic.Y.'n ,•.orn-.i.iurvjlvirun : bewährt.With the reduction processes known under the collective term "direct reduction process 1 " it is possible to remove ore or pellets or to convert sponge iron. These processes are carried out in the most varied of units. The best known are the direct reduction processes with lump ore or pellets iiu shaft furnace or fine ore and Coal in a rotary kiln. The end product is sponge iron, which usually still has a small residual content of unreduced oxygen and also contains gangue constituents of the ore as impurities that cannot be reduced. This intermediate product is therefore usually used as a starting material in a second independent process step It is used for scrap in conventional steelmaking units. The tendency to reoxidation due to the high porosity (large surface) is unfavorable tings are unfavorable. From the last-mentioned • Trund is produced according to the direct trust process; -: ioenscIr - / - iiiLn primarily melted down in electric ovens. iii'-M ''hew:.; i.ch door the use of iron sludge continuous- "Jl ου '.. · I) OoCi) iciuri. ^ methods compared to the otherwise usual uis -.-. ii, i inuierlic.Y .'n, • .orn-.i.iurvjlvirun: proven.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem ein herkömmlich im Schachtofen erzeugter Eisenschwamm im gleichen Gefäß kontinuierlich eingeschmolzen und als Stahl abgeführt werden kann.The invention is based on the object of developing a method in which a conventionally produced in a shaft furnace Sponge iron can be continuously melted down in the same vessel and discharged as steel.
Das wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Beschickungssäule nach der Reduktion durch Reduktionsgase von unten her mit einer zentral angeordneten, den größten Teil des Beschickungsquerschnittes beaufschlagenden Lichtbogenerwärmung ab ge schmolz en und überhitzt wird.According to the invention, this is essentially achieved by that the feed column after the reduction by reducing gases from below with a centrally arranged, most of the charging cross-section acting on the arc heating from ge melted en and is overheated.
Auf diese V/eise gelangt man zu einem Verfahren der einleitend genannten Art, das die vorerwähnte Erfindungsaufgabe voll erfüllt. Hinzu kommt, daß die bisher übliche zweistufige Verfahrensweise (Reduktionsverfahren-Einschmelz- und Stahlerzeugungsverfahren) vermieden und der bisher diskontinuierlich erfolgende Einschmelzprozess kontinuierlich durchgeführt werden kann.In this way one arrives at a method of the type mentioned in the introduction which fully fulfills the aforementioned object of the invention. In addition, the hitherto customary two-stage procedure (reduction process-melting and steel-making processes) can be avoided and the melting process, which has hitherto been discontinuous, can be carried out continuously.
Die normalerweise übliche Abkühlung des Eisenschwammes von der Temperatur der Reduktionsstufe und der anschließenden Wieclererwärmung bis zum Einschmelzen kann in einem Arbeitsgang zu erheblichen Wärme- bzw. Energieeinsparungen führen. Außerdem kann das Problem der Reoxydation umgangen werden, wenn der Eisenschwamm unter reduzierbaren Bedingungen direkt nach der Reduktion eingeschmolzen wird. Die Austrags- und Einsatzvorrichtungen, die normalerweise für den Austrag des Eisenschwamms aus der Reduktionsstufe und für den Einsatz in der Einschmelzstufe benötigt worden, können eingespart werden. Bereits beim Einsatz des Y'.rzcii können die für die endgültige Stahlzusammenset zun;;; benötigten Zusatzstoffe teilweise sogar als Oxyde eingesetzt werden.The normally usual cooling of the sponge iron from the temperature of the reduction stage and the subsequent warming up to melting can lead to considerable heat and energy savings in one operation. In addition, the problem of reoxidation can be avoided if the sponge iron is melted under reducible conditions directly after the reduction. The discharge and insertion devices that were normally required for discharging the sponge iron from the reduction stage and for use in the melting stage can be saved. Already when using the Y'.rzcii the for the final steel composition can increase ;;; The required additives can even be used as oxides in some cases.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Reduktionsgase teilweise peripher der Beschickungssäule zugeführt und teilweise direkt in den sich bildenden Schmelzhohlraura geleitet werden, um dort zusätzlich überhitzt zu werden.According to a further feature of the invention, it is proposed that the reducing gases are supplied partially peripherally to the charging column and partially directly into the forming column Schmelzhohlraura are passed to there in addition getting overheated.
Weiterhin werden erfindungsgemäß Reduktions- bzw. Inertgas zur Abdichtung und Aufrechterhaltung einer reduzierenden Atmosphäre über den Spalt zwischen Elektrode und Boden zugeführt .Furthermore, according to the invention, there are reducing or inert gas to seal and maintain a reducing Atmosphere supplied through the gap between the electrode and the bottom .
Hierbei empfiehlt es sich, daß die für die 3tah!zusammensetzung nötigen Legierungsbestandteile gleichmäßig der Beschickung zugemischt werden.It is recommended that the for the 3tah! necessary alloy components are evenly mixed with the charge.
Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß Kalk für die Gangart oder Kohle für die Legierung bzw. Reduktion und reduzierbare Legierungsoxyde der Beschickung gleichmäßig zugesetzt werden.The invention is further characterized in that lime for the gangue or coal for the alloy or reduction and reducible alloy oxides are uniformly added to the charge.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schmelzleistung durch die elektrische Energiezufuhr geregelt werden kann und die jeweilige Zufuhr an Reduktionsgas damit gekoppelt ist.According to a further feature of the invention it is provided that the melting capacity can be regulated by the electrical energy supply and the respective supply of reducing gas is coupled with it.
Diese Arbeitsweise wird dadurch ermöglicht, daß unter dem Einfluß der Lichtbogenwärme aus der Beschickung von unten ein kuppeiförmiger Hohlraum herausgebrannt wird, die Kuppeloberfläche schmilzt schalenförmig ab und erneuert sich aus der durch die Schwerkraft von selbst nachsinkenden Beschickungssäule. Bereits vor dem Abschmelzen beginnen die in der darüber liegenden Reduktionszone entstandenen Eisenschwammteile unter dem Einfluß der nach unten hin zunehmenden Temperatur an den jeweiligen Berührungspunkten so fest miteinander zu verschweißen, daß sich am unteren Ende der Beschickungssäule dabei ein tragfürmges Gewölbe bildet.This mode of operation is made possible by the fact that under the influence of the arc heat from the charge from below a dome-shaped cavity is burned out, the dome surface melts in the form of a bowl and is renewed from the loading column, which sinks by itself under the force of gravity. Even before melting, the sponge iron parts formed in the overlying reduction zone begin under the influence of the downward-increasing parts Temperature at the respective contact points so tightly welded together that at the lower end of the The charging column forms a supporting vault.
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Dieses Gewölbe 1st imstande, die darüber befindliche Beschickungssäule zu tragen und sich gleichsam kontinuierlich zu erneuern.This vault is capable of holding the charging column above to carry and to renew oneself, as it were, continuously.
Dadurch, daß die Reduktions- bzw. Spaltgase von außen peripher dem Schacht zugeführt werden, oder die Reduktionsgase oder zumindest Anteile davon bereits unten in den Einschmelzraum eingeführt werden, ist es möglich, die Reduktionsgase direkt oder indirekt durch die Lichbοgenwärme zu überhitzen und diese aufgenommene Wärme im Gegenstrom bei der wärmeverbrauchenden Reduktion in den höher liegenden Teilen der Beschickungssäule wieder abzugeben. Diese Reduktionsgase sollten eventuell auch über den Spalt zwischen der nachstellbaren Elektrode und dem wallartig erhöhten Gefäßboden zugeführt werden. Damit. ist eine Abdichtung der Elektrode* gegenüber Metallspritzern von oben zu erreichen»'außerdem die Aufrechterhaltung einer reduzierten Atmosphäre, zumal sonst durch die Kaminwirkung des Schachtofensystems eine gute Abdichtung gegenüber eindringender Luft erfolgen müßte.Because the reducing or fission gases are peripheral from the outside are fed to the shaft, or the reducing gases or at least portions thereof are already down in the melting chamber are introduced, it is possible to overheat the reducing gases directly or indirectly through the arc heat and this absorbed heat in countercurrent with the heat consuming To deliver the reduction again in the higher parts of the charging column. These reducing gases should possibly also over the gap between the adjustable electrode and the wall-like raised vessel bottom are fed. In order to. it is also possible to seal the electrode * against metal splashes from above »' the maintenance of a reduced atmosphere, especially otherwise a good one due to the chimney effect of the shaft furnace system Sealing against penetrating air would have to take place.
Im Gegensatz zu sonstigen Stahlerzeugungsverfahren ist die Feuerfestbeaufschlagung außerordentlich gering, da das abfließende Metall einerseits die Sohle schützt und die Beschickung selbst die Wandungen. Lediglich die wallartige Erhöhung rund um die Elektrode ist der Lichtbogenstrahlung ausgesetzt, alle anderen Feuerfestteile werden direkt durch flüssiges oder festes Metall vor Überhitzung geschützt. Aus diesem Grunde sollte nur der unterste Teil des Ofens aus höherwertigen Feuerfestmaterialien zugestellt werden. Alle anderen Anteile des Schachtes brauchen nur den relativ geringen Anforderungen der Reduktionstemperatur genügen, das bedeutet, daß der überwiegende Anteil des Gefäßes aus Schamottequalitäten und nur der unterste Abschnitt aus basischen Magnesit- oder Dolomitanteilen bzw. aus saurem hochtonerdehaltigen Feuerfestmaterial bestehen sollte.In contrast to other steelmaking processes, the Refractory loading is extremely low, as the draining metal protects both the base and the load even the walls. Only the wall-like elevation around the electrode is the arc radiation exposed, all other refractory parts are directly protected from overheating by liquid or solid metal. For this reason, only the lowest part of the furnace should be lined with refractory materials of higher quality. All other parts of the shaft only need to meet the relatively low requirements of the reduction temperature, This means that the majority of the vessel is made of chamotte qualities and only the lowest section is made from basic Magnesite or dolomite parts or from acidic high alumina Refractory material should consist.
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Durch die kontinuierliche Arbeitsweise ergibt sich auf die Herdfläche oder den Ofenraum bezogen eine außerordentlich hohe Leistung, die verglichen mit den normalerweise diskontinuierlich ablaufenden Stahlerzeugungsverfahren zu vergleichsweise kleinen Ofengefäßen und damit zu geringen Investitions- und Unterhaltungskosten führt. Aufgrund der kontinuierlichen Arbeitsweise, der allseitigen Umhüllung der Wärmequelle durch das einzuschmelzende Metall, ergeben sich ideale Wärmeübergangsbedingungen, die sich im Gegensatz zu den diskontinuierlichen Stahlerzeugungsverfahren auch nicht im Laufe der Chargenzeit verschlechtern. Demzufolge kann der hohe Wärmewirkungsgrad von über 70% beim Einschmelzen nach dem Elektroverfahren, wie er für die diskontinuierliche Arbeitsweise gilt, bei dieser kontinuierlichen Arbeitsweise bis zu über 90$ gesteigert werden , da es hierbei nur gilt, die auftretenden Wandverluste durch gute Isolationsbedingungen weitgehend zu vermeiden.The continuous operation results in an extraordinarily high output in relation to the hearth surface or the furnace chamber, which, compared to the normally discontinuous steelmaking processes, leads to comparatively small furnace vessels and thus to low investment and maintenance costs. Due to the continuous mode of operation, the all-round encasing of the heat source by the metal to be melted, ideal heat transfer conditions result which, in contrast to the discontinuous steelmaking process, do not deteriorate over the course of the batch. As a result, the high thermal efficiency of over 70% when melting using the electrical process, as it applies to the discontinuous method, can be increased to over 90 $ with this continuous method, since the only thing that is important here is to largely avoid the wall losses that occur through good insulation conditions .
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, bestehend aus einem oben offenen Schachtofen, durch dessen Boden von unten her eine Elektrode unter ßelassung eines ringförmigen Spaltes hindurchgeführt ist, die sich dadurch auszeichnet, daß der Schachtofen einen weitgehend Gleichbleibenden bis sich leicht nach unten öffnenden Querschnitt besitzt, in dem die Beschickungssäule kontinuierlich unter der Schwerkraft absinkt, ohne durch vorspringende oder riehtungsändernde Ausmauerungen behindert zu werden.The invention also relates to an apparatus for carrying out the above-mentioned method, consisting of a shaft furnace, open at the top, through the bottom of which an electrode leaves an annular gap is passed through, which is characterized in that the shaft furnace has a largely constant until easily has a downward-opening cross-section in which the charging column continuously sinks under the force of gravity, without protruding or direction-changing brickwork to be disabled.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß durch wallförmige Peuerfesterhebungen die nachstellbare Lichtbogenelektrode von dem auf dem Boden zusammenlaufenden Stahl getrennt ist. - 6 -Furthermore, it is provided according to the invention that by wall-shaped Fire-proof bumps the adjustable arc electrode from the steel converging on the floor is separated. - 6 -
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß nur der unterste im Bereich der Lichtbogenerwärmung liegende Schachtofenteil mit hochwertigem Feuerfestmaterial und der übrige Teil mit normalem Feuerfestmaterial ausgekleidet ist.The device designed according to the invention is distinguished furthermore from the fact that only the lowest shaft furnace part located in the area of the arc heating is provided with high quality Refractory material and the remaining part with normal refractory material is lined.
Weiterhin kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, daß der Materialabfluß im Bereich der Lichtbogenerwärmung liegt und durch die Niveauhöhe die Sumpfhöhe des Metalls über dem Boden und damit Verweilzeit und überhitzung beeinflußbar sind.Furthermore, the device can be designed in such a way that the material outflow is in the area of the arc heating and the level height of the sump height of the metal above the ground and thus the residence time and overheating can be influenced.
Außerdem empfiehlt es sich, daß das Auffanggefäß für den flüssigen Stahl mit dem Abfluß zur Vermeidung von Oxydationseinflüssen abgedichtet ist. It is also recommended that the container for the liquid steel with the drain is sealed to avoid the effects of oxidation.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie beschränkt sich nicht auf die dargestellte Ausführungsform, vielmehr sind im Rahmen der Erfindung weitere Abwandlungen möglich.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It is not limited to the one shown Embodiment, rather, more are within the scope of the invention Modifications possible.
Der Schachtofen 1 ist in seinem oberen Teil mit Erz- und Legierungselementen und Zuschlägen gefüllt. Durch den Boden 3 des Schachtofens 1 dringt die Elektrode 4, die zwischen sich und dem Boden 3 einen Ringspalt 5 beläßt, durch den reduzierende Gase, beispielsweise Erdgas in den Schmelzraum eingeblasen werden, die durch den Lichtbogen 6 der Elektrode 4 erhitzt werden und im Gegenstrom durch die Beschickungssäule 2 strömen. Durch die seitlichen öffnungen 7 wird weiteres reduzierendes Gas, z. B. Erdgas in die Beschickungssäule eingebracht.The shaft furnace 1 is filled in its upper part with ore and alloy elements and aggregates. Through the ground 3 of the shaft furnace 1 penetrates the electrode 4, which leaves an annular gap 5 between itself and the bottom 3, through the Reducing gases, for example natural gas, are blown into the melting chamber, caused by the arc 6 of the electrode 4 are heated and flow countercurrently through the feed column 2. The lateral openings 7 provide additional reducing gas, e.g. B. natural gas introduced into the feed column.
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Im unteren Teil der Beschickungssäule 2, also dem elektrischen Lichtbogen 6 benachbart, ist aus dem Erz Eisenschwamm geworden, der an den vielfältigen Berührungspunkten miteinander verschweißt ist und demzufolge ein tragfähiges Gerüst für die Erzsäule 2 bildet. Der auf dem Boden 3 des Schachtofens 1 sich sammelnde Stahl 8 fließt aus der öffnung 9 im Boden 3 des Schachtofens 1 ab. Die wallförmige Erhöhung 10 auf dem Boden 3 umgibt die Elektrode H und verhindert es, daß der flüssige Stahl 8 in den Ringraum 5 zwischen der Elektrode 4 und dem Boden 3 eindringen kann.In the lower part of the charging column 2, i.e. adjacent to the electric arc 6, the ore has become sponge iron, which is welded to one another at the various points of contact and consequently forms a load-bearing framework for the ore column 2. The steel 8 collecting on the bottom 3 of the shaft furnace 1 flows out of the opening 9 in the bottom 3 of the shaft furnace 1. The wall-shaped elevation 10 on the base 3 surrounds the electrode H and prevents the liquid steel 8 from being able to penetrate into the annular space 5 between the electrode 4 and the base 3.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |